NO343622B1

NO343622B1 - Sanntidsprediksjon av baneendring

Info

Publication number: NO343622B1
Application number: NO20140014A
Authority: NO
Inventors: James Hood; Hanno Reckmann; John D Macpherson; Frank Schuberth
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2019-04-15
Also published as: GB2507688A; WO2013022725A3; BR112014002671B1; US9043152B2; GB2507688B; BR112014002671A2; NO20140014A1; GB201402428D0; US20130041586A1; BR112014002671A8; WO2013022725A2; WO2013022725A4

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTEDE SØKNADER

[0001] Denne søknaden tar prioritet fra US-søknaden 13/204964, innlevert 8. august 2011, som inntas her som referanse i sin helhet.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

[0002] Denne oppfinnelsen vedrører boring, og mer spesifikt systemer og fremgangsmåter for å bestemme brønnhullets krumning ved å betrakte bøyningen av borestrengen.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

[0003] Forskjellige typer borestrenger blir utplassert i et borehull for leting etter og produksjon av hydrokarboner. En borestreng innbefatter i alminnelighet borerør og en bunnhullsenhet. Bunnhullsenheten inneholder vektrør, som kan være instrumentert, og kan bli anvendt for å innhente målinger under boring eller under logging, for eksempel.

[0004] Noen borestrenger kan innbefatte komponenter som gjør det mulig å bore borehullet i andre retninger enn vertikalt. Slik boring omtales innen bransjen som "retningsboring". Mens den er utplassert i borehullet kan borestrengen bli utsatt for en rekke forskjellige krefter eller laster. Siden borestrengen befinner seg i borehullet blir lastene kun målt ved bestemte sensor- eller følerposisjoner, og kan påvirke borestrengens statiske og dynamiske oppførsel og bevegelsesretning.

[0005] Ved planlagte endringer i borebanen (retningsboring) kan lastene som opptrer under boring eller formasjonsendringer føre til at det skapes et kne (dogleg) i borehullet. Et borehullskne er et parti i et borehull hvor borehullets bane, dets krumning, endrer seg. Endringsraten av hullbanen kalles baneendringsgrad (DLS - Dogleg Severity) og uttrykkes typisk i grader per 100 fot.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0006] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkrav. Det beskrives en datamaskinbasert fremgangsmåte for estimering av en helling og asimut ved en bunn av et borehull. Fremgangsmåten inkluderer å danne et siste målepunkt som inkluderer en siste helling og en siste asimut; motta ved en data behandlingsanordning bøyemoment og minst én av en måling av bøyning-toolface og en måling av helling nær borkronen fra én eller flere sensorer eller følere i borehullet; og danne estimatet ved å sammenlikne mulige verdier for baneendringsgrad (DLS) med bøyemomentverdien.

[0007] Videre beskrives et dataprogram for estimering av en helling og asimut ved en bunn av et borehull. Dataprogramproduktet inkluderer et fysisk lagringsmedium som kan leses av en prosesseringskrets og som lagrer instruksjoner for eksekvering av prosesseringskretsen for utførelse av en fremgangsmåte, omfattende å: motta et siste målepunkt som inkluderer en siste helling og en siste asimut; motta i hvert fall en bøyemomentmåling og én av en måling av bøyning-toolface og en måling av helling nær borkronen fra én eller flere sensorer eller følere i borehullet; og danne estimatet ved å sammenlikne mulige verdier for baneendringsgrad (DLS) med bøyemomentverdien.

[0008] Det beskrives også et system for estimering av en helling og asimut ved en bunn av et borehull. Systemet innbefatter en borestreng som innbefatter en følereller sensorkomponent, der sensor- eller følerkomponenten inkluderer én eller flere sensorer / følere for måling av bøyemoment og minst én av en bøyning-toolface og en helling nær borkronen. Systemet innbefatter også en databehandlingsanordning i funksjonell kommunikasjon med den ene eller de flere følerne / sensorene og innrettet for å motta bøyemoment og minst én av en måling av bøyning-toolface og en måling av helling nær borkronen fra én eller flere sensorer / følere i borehullet og å danne estimatet ved å sammenlikne mulige verdier for baneendringsgrad (DLS) med bøyemomentverdien.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0009] Innholdet her, som betraktes som oppfinnelsen, er spesifikt angitt og krevet beskyttelse for i kravene som følger etter beskrivelsen. De ovennevnte og andre trekk og fordeler med oppfinnelsen vil fremkomme fra den følgende detaljerte beskrivelsen, sett sammen med de vedlagte tegningene, hvor like elementer er gitt like henvisningstall og hvor:

[0010] Figur 1 illustrerer et borehull som inkluderer et borehullskne;

[0011] Figur 2 illustrerer et eksempel på en borestreng ifølge én utførelsesform;

[0012] Figur 3 er et flytdiagram som viser en fremgangsmåte ifølge én utførelsesform; og

[0013] Figur 4 grafisk illustrerer en sammenheng mellom baneendringsgrad og målte bøyemomenter.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0014] Det beskrives eksempler på teknikk for å estimere eller predikere DLS og beliggenhet for bunnen av et borehull. Teknikken, som inkluderer systemer og fremgangsmåter, anvender målinger av bøyemomenter som opptrer i bunnhullsenheten (BHA) i en borestreng for å predikere hellingen og asimuten ved borkronen.

[0015] Figur 1 illustrerer et borehull 100 som har et hovedsakelig vertikalt parti 102 og et buet parti 104. Borehullet 100 kan bores av en rigg 106 som driver en borestreng (ikke vist), slik at den gjennomtrenger eller penetrerer overflaten 108. Borehullet 100 kan bores med enten tradisjonelle eller retningsbestemte boreteknikker.

[0016] Informasjon innenfra borehullet 100 kan bli innhentet enten under boring (f.eks. logging-under-boring (LWD)) eller gjennom kabelmålingsoperasjoner. Uansett kilde blir informasjonen forsynt til én eller flere databehandlingsanordninger vist generelt som en prosesseringsenhet 110. Prosesseringsenheten 110 kan være innrettet for å utføre funksjoner så som styring av borestrengen, utsending og mottak av data, behandling av måledata og gjennomføring av simuleringer av boreoperasjonen ved hjelp av matematiske modeller. Prosesseringsenheten 110, i én utførelsesform, inkluderer en prosessor, en datalagringsanordning (eller et datamaskinlesbart medium) for lagring av data, modeller og/eller dataprogrammer eller programvare som kan bli anvendt for å utføre én eller flere fremgangsmåtene som beskrives her.

[0017] Under boring er det viktig å kunne estimere banen til borehullet 100 for å kontrollere den mot den planlagte banen. Retningsmålingene blir imidlertid vanligvis innhentet hver 30 m og skjer i en avstand fra borkronen. I figur 1 er stedene for retningsmålingen angitt av målepunkter 112a-112n. Hvert målepunkt 112 inkluderer en måling av hellingen og asimuten. Spesielt blir hellingen (I) målt fra vertikalen og asimuten er kompasskursen målt fra en fast retning (f.eks. fra nord).

[0018] Innhentingen av målinger i hvert målepunkt 112 krever typisk at boringen stanses. I noen tilfeller befinner verktøyene som anvendes for å danne målepunktene 112 seg i en avstand på opptil 30 meter bak borkronen, som befinner seg ved bunnen 114 av borehullet 102. Gitt slike begrensninger kan nye lokale borehullsknekker bli dannet mellom det siste målepunktet 112n og bunnen 114 av borehullet. Mer spesifikt kan banen til det buede partiet 104 av borehullet 100 være ukjent, under boring, mellom det siste målepunktet 112 og bunnen 114 hvor borkronen befinner seg.

[0019] Som vil være alminnelig kjent for fagmannen kan prosesseringsenheten 110 motta sensor- ller følerdata i sann tid fra sensorer / følere anbragt på ett eller flere steder langs en borestreng. Disse dataene blir typisk anvendt for å overvåke boring og for å bistå en operatør med å styre boreoperasjonen på en effektiv måte. Én slik føler eller sensor kan måle bøyemomentet i en bestemt posisjon i borestrengen (f.eks. i bunnhullsenheten) under boring eller mens borestrengen er i ro.

[0020] Figur 2 illustrerer en borestreng 200 som kan bli anvendt for å bore, for eksempel, borehullet 100 i figur 1. Borestrengen 200 innbefatter en borkrone 202 i en fjern ende og én eller flere følere / sensorer 204 plassert i en avstand fra borkronen 202. I den illustrerte utførelsesformen innbefatter borestrengen et flertall rørsegmenter 208. Borestrengen 100 innbefatter også en sensor- eller følerkomponent 210 koblet til ett av segmentene 208. Kombinasjonen av rørsegmentene 208 og sensoreller følerkomponenten 210 strekker seg fra overflaten til borkronen 202. Selvfølgelig kan andre komponenter, så som en slammotor 212 som driver borkronen 202, innlemmes langs lengden til borestrengen 200. Som illustrert er følerne / sensorene 204 anordnet på følerkomponenten 210, men fagmannen vil forstå at følerne 202 kan plasseres hvor som helst langs borestrengen 200.

[0021] Én eller flere av følerne eller sensorene 204 står i sanntidskommunikasjon med en databehandlingsanordning (f.eks. prosesseringsenheten 110 i figur 1) på kjent måte. For eksempel kan følerne 204 forsyne data til prosesseringsenheten 110 ved hjelp av slampulstelemetri eller via en forbindelse gjennom kablet rør. Ifølge én utførelsesform kan minst én av følerne 204 måle bøyemomentet i den rørdelen (f.eks. sensor- eller følerkomponenten 204) som den er koblet til eller i en sammenstilling som innbefatter denne rørdelen (f.eks. en BHA som omfatter i hvert fall borkronen 202 og sensor- eller følerkomponenten 210). Denne målingen representerer bøyespenningene i følerkomponenten 210/bunnhullsenheten forårsaket av borehullets krumning, tyngdekraften og andre krefter og laster. I én utførelsesform blir bøyemomentet overført slik at det i tillegg inkluderer bøyning-toolface. Bøyningtoolface angir bøyens retning og bøyemomentet angir hvor mye følerkomponenten 210/bunnhullsenheten er bøyd. Ifølge én utførelsesform kan bøyemomentet og minst én av bøyning-toolface og helling nær borkronen bli anvendt for å predikere helling og asimut ved borkronen 202. En slik prediksjon kan inkludere betraktninger av den siste rapporterte observasjonen (f.eks. målepunkt 212n), borkronetrykk (WOB), moment på borkronen (TOB), retningsstyringskraft og motororientering, bare for å nevne noen faktorer. Naturligvis kan følerne 204 måle disse og andre verdier og forsyne dem til prosesseringsenheten 210. For prediksjonen kan f.eks. en endelig elementmodell som beskrevet i Heisig/Neubert (IADC SPE 59235) bli anvendt.

[0022] Figur 3 er et flytdiagram som illustrerer en fremgangsmåte for estimering av helling og asimut ved borkronen i en borestreng. Borestrengen inkluderer én eller flere følere eller sensorer i stand til å måle et bøyemoment og, i noen tilfeller, også en toolface-orientering.

[0023] I trinn 302 måles asimuten og hellingen i et siste målepunkt. Denne målingen kan bli utført på en hvilken som helst måte som er kjent i dag eller blir utviklet i fremtiden. I trinn 304 igangsettes boring av borehullet fra det siste målepunktet. I trinn 306 måles bøyemoment og én eller begge av hellingen nær borkronen og bøyningtoolface. Disse målingene kan være kontinuerlige eller periodiske og kan finne sted under boring eller i tidsperioder boringen er stanset.

[0024] Dataene målt i trinn 308 blir sendt til en prosesseringsenhet som befinner seg enten på overflaten eller som er en del av borestrengen. Dataene kan bli overført periodisk i porsjoner eller etter hvert som de måles avhengig av hastigheten til dataforbindelsen mellom følerne og prosesseringsenheten.

[0025] I trinn 310 kan prosesseringsenheten estimere hellingen og asimuten ved borkronen. Prosessen vil bli beskrevet nærmere nedenfor, men inkluderer i alminnelighet betraktning av det siste observasjonspunktet, bøyemomentet og én eller begge av bøyning-toolface og hellingen nær borkronen (hellingsmåling av en føler eller sensor basert på akselerometere plassert veldig nær borkronen). Gitt idéene her vil fagmannen forstå at dersom helling nær borkronen er tilgjengelig, så er kun borkronens asimut ukjent og følgelig er bare måling av bøyemoment nødvendig. Dersom derimot bøyning-toolface og helling nær borkronen er tilgjengelig samtidig, kan mer nøyaktige resultater oppnås siden systemet er bedre bestemt.

[0026] Gitt hellingen og asimuten ved bunnen kan positiv hellingsendringsrate eller byggerate (build rate) og asimutendringsrate eller dreie- eller svingerate (turn rate) estimeres ved å kombinere borkronens asimut og helling og penetrerings- eller gjennomtrengningshastigheten eller -raten som angitt i trinn 312. Naturligvis kan andre variabler, så som WOB, TOB, retningsstyringskraft og motororientering, også bli anvendt ved estimering av positiv hellingsendringsrate / byggerate og asimutendringsrate / dreierate.

[0027] Figur 4 illustrerer faktisk baneendringsgrad (f.eks. endring i retning per 30 meter) plottet mot et målt bøyemoment for flere forskjellige driftsforhold. Spesielt kan det sees at det uansett forhold er en nesten lineær sammenheng mellom DLS og målt bøyemoment. En graf som figur 4 kan derfor bli anvendt for å regne om en DLS til et målt bøyemoment. Ifølge én utførelsesform kan et estimat av hellingen og asimuten ved borkronen bli variert gjentatte ganger for å fremskaffe forskjellige DLS-verdier. De mulige DLS-verdiene kan dannes for eksempel ved å opprette mulige hellings- og asimutverdier for bunnen av hullet og sammenlikne dem med den siste hellingen og den siste asimuten. Hellingen og asimuten som gir en DLS som svarer til det målte bøyemomentet er de som velges som faktisk helling og asimut ved borkronen.

[0028] Ifølge én utførelsesform kan bøyning-toolface bli anvendt for å finne planet i hvilket borestrengen bøyer seg fra det siste observasjonspunktet til borkronen. Nærmere bestemt, og igjen med henvisning til figur 1, ifølge én utførelsesform, definerer bøyning-toolface det planet hvor det estimeres at all vandring og bøyning vil finne sted mellom det siste observasjonspunktet 212n og bunnen 114 av borehullet.

Bøyning-toolface kan således definere settet av mulige asimutverdier som kan anvendes for å danne de mulige asimutverdiene for de ovennevnte estimerte verdiene for borkronens helling og asimut som anvendes for å bestemme DLS.

[0029] Generelt reduserer noen av idéene her seg til en algoritme som er lagret på maskinlesbare medier. Algoritmen blir utført av databehandlingssystemet og gir operatører ønsket utmating.

[0030] I støtte for idéene her kan forskjellige analysekomponenter bli anvendt, inkludert digitale og/eller analoge systemer. De digitale og/eller analoge systemene kan være innlemmet, for eksempel, i prosesseringsenheten 110. Systemene kan inkludere komponenter så som en prosessor, analog-til-digital-omformer, digital-til-analog omformer, lagringsmedier, minne, innmating, utmating, kommunikasjonsforbindelser (kabelbaserte, trådløse, pulset slam, optiske eller annet), brukergrensesnitt, dataprogrammer, signalprosessorer (digitale eller analoge) og andre slike komponenter (så som resistorer, kondensatorer, induktorer og annet) for å muliggjøre bruk av og analyse med apparatene og fremgangsmåtene vist her på en hvilken som helst av flere mulige måter velkjent for fagmannen. Det anses at disse idéene kan, men ikke trenger å bli realisert i forbindelse med et sett av datamaskineksekverbare instruksjoner lagret på et datamaskinlesbart medium, herunder minne (ROM, RAM), optiske (CD-ROM), eller magnetiske (platelagre, harddisker) eller en hvilken som helst annen type, som når de blir eksekvert, bevirker en datamaskin til å utføre fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Disse instruksjonene kan sørge for aktivering av utstyr, styring, innsamling og analyse av data og andre funksjoner som anses å være relevante av en utvikler, eier eller bruker av systemet og annet slikt personell, i tillegg til funksjonene beskrevet i denne beskrivelsen.

[0031] Videre kan forskjellige andre komponenter innlemmes og bli anvendt for å muliggjøre aspekter ved idéene her. For eksempel kan en kraftforsyning (f.eks. minst én av en generator, en fjernforsyning og et batteri), kjølekomponent, oppvarmingskomponent, drivkraft (så som en translatorisk kraft, fremdriftskraft, eller en rotasjonskraft), digital signalprosessor, analog signalprosessor, sensor / føler, magnet, antenne, sender, mottaker, sender/mottaker-enhet, styringsenhet, optisk enhet, elektrisk enhet eller elektromekanisk enhet innlemmes i støtte for de forskjellige aspekter omtalt her eller i støtte for andre funksjoner utover denne beskrivelsen.

[0032] Elementer i utførelsesformene har blitt introdusert med ubestemte entallsformer. Entallsformen er ment å bety at det kan være ett eller flere av elementene. Ord som "inkluderer", "innbefatter", "omfatter", "har" og "med" og varianter av disse er ment å være inkluderende slik at det kan forefinnes ytterligere elementer utover de angitte elementene. Konjunksjonen "eller", når den anvendes med en liste av minst to elementer, er ment å bety et hvilket som helst element eller en hvilken som helst kombinasjon av elementer.

[0033] Det vil forstås at de forskjellige komponenter eller teknologier kan muliggjøre bestemte nødvendige eller nyttige funksjoner eller trekk. Disse funksjonene og trekkene, som kan være nødvendige i støtte for de vedføyde kravene og variasjoner av disse, skal derfor forstås som naturlig innlemmet som en del av idéene her og en del av den viste oppfinnelsen.

[0034] Mens oppfinnelsen har blitt beskrevet med støtte i eksempler på utførelser vil det forstås at forskjellige endringer kan gjøres og at ekvivalenter kan bli anvendt i stedet for elementer i disse uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme definert av de vedføyde kravene. I tillegg vil mange modifikasjoner sees for å tilpasse et gitt instrument, scenario eller materiale til idéene i oppfinnelsen uten å fjerne seg fra dennes ramme definert av de vedføyde kravene. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal begrenses til den konkrete utførelsesformen omtalt som den forventet beste måte å realisere denne oppfinnelsen, men at oppfinnelsen skal inkludere alle utførelsesformer som faller innenfor rammen definert avde vedføyde kravene.

Claims

PATENTKRAV

1. Datamaskinbasert fremgangsmåte for estimering av en helling og asimut ved en bunn (114) av et borehull (100), der borehullet (100) innbefatter en borestreng (200) omfattende en borkrone (202) ved sin ende, og hvor fremgangsmåten omfatter trinn med å:

danne et siste målepunkt (112n) som omfatter en siste helling og en siste asimut;

motta, ved en databehandlingsanordning (110), en faktisk bøyemomentverdi og en måling av helling nær borkronen (202) fra én eller flere sensorer eller følere (204) i borehullet (100);

danne et flertall av sett av estimerte hellings- og asimutverdier basert på den siste hellingen og den siste asimuten;

danne en estimert bøyemomentverdi for hvert av de flere settene av estimerte hellings- og asimutverdier;

sammenlikne den faktiske bøyemomentverdien med den estimerte bøyemomentverdien dannet for hvert av settene;

velge en estimert bøyemomentverdi som er nærmest den faktiske bøyemomentverdien;

velge et sett av estimerte hellings- og asimutverdier som svarer til den valgte estimerte bøyemomentverdien, som den estimerte hellingen og asimuten; og endre borestrengens (200) bane basert på det valgte settet;

hvor de flere settene av estimerte hellings- og asimutverdier begrenses til å eksistere i et plan angitt av målingen av hellingen nær borkronen (202).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den ene eller de flere sensorene eller følerne (204) er innlemmet i en sensor- eller følerkomponent (210) som befinner seg nær bunnen (114) av borehullet (100).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende trinn med å bestemme en byggerate basert på den estimerte hellingen og asimuten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende trinn med å bestemme en dreierate basert på den estimerte hellingen og asimuten.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor databehandlingsanordningen (110) befinner seg et sted på overflaten (108).

6. Dataprogramprodukt for estimering av en helling og asimut ved en bunn (114) av et borehull (100), der borehullet (100) innbefatter en borestreng (200) omfattende en borkrone (202) ved sin ende, og der dataprogramproduktet omfatter et fysisk lagringsmedium som er egnet til å leses av en prosesseringskrets og som lagrer instruksjoner for eksekvering av prosesseringskretsen for å utføre en fremgangsmåte omfattende trinn med å:

motta et siste målepunkt (112n) som omfatter en siste helling og en siste asimut;

motta en bøyemomentverdi og en måling av helling nær borkronen (202) fra én eller flere sensorer eller følere (204) i borehullet (100);

sammenlikne bøyemomentverdien med den estimerte bøyemomentverdien dannet for hvert av settene;

velge en estimert bøyemomentverdi som er nærmest bøyemomentverdien; velge et sett av estimerte hellings- og asimutverdier som svarer til den valgte estimerte bøyemomentverdien, som den estimerte hellingen og asimuten; og endre borestrengens (200) bane basert på det valgte settet;

hvor de flere settene av estimerte hellings- og asimutverdier blir begrenset til å eksistere i et plan angitt av målingen av hellingen nær borkronen (202).

7. Dataprogramprodukt ifølge krav 6, hvor fremgangsmåten videre omfatter bestemmelse av en byggerate basert på den estimerte hellingen og asimuten.

8. Dataprogramprodukt ifølge krav 6, hvor fremgangsmåten videre omfatter bestemmelse av en dreierate basert på den estimerte hellingen og asimuten.

9. System for estimering av en helling og asimut ved en bunn (114) av et borehull (100), systemet omfattende:

en borestreng (200) som innbefatter en borkrone (202) ved sin ende og en sensor- eller følerkomponent (210), der sensor- eller følerkomponenten (201) omfatter én eller flere sensorer eller følere (204) for måling av en bøyemomentverdi og en helling nær borkronen (202);

en databehandlingsanordning (110) i funksjonell kommunikasjon med den ene eller de flere sensorene eller følerne (204) og innrettet for å motta bøyemomenten og målingen av hellingen nær borkronen (202) fra den ene eller de flere sensorer eller følere (204) i borehullet (100);

hvor databehandlingsanordningen (110) er innrettet for å:

hvor de flere settene av estimerte hellings- og asimutverdier er begrenset til å eksistere i et plan angitt av målingen av hellingen nær borkronen (202).

10. System ifølge krav 9, hvor databehandlingsanordningen (110) videre er innrettet for å bestemme en byggerate basert på den estimerte hellingen og asimuten.

11. System ifølge krav 9, hvor databehandlingsanordningen (110) videre er innrettet for å bestemme en dreierate basert på den estimerte hellingen og asimuten.